Композиция стекловолокна электронной чистоты, а также стекловолокно и изготовленная из него электронная ткань - RU2774345C1

Описание

По настоящей заявке на патент испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент Китая № 201910912829.1, поданной 25 сентября 2019 года под названием «Electronic-grade glass fiber composition, and glass fiber and electronic fabric thereof», содержание которой в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к композиции стекловолокна, в частности, к композициям стекловолокна электронной чистоты, которые можно применять в электронной промышленности, а также к стекловолокну и изготовленной из него электронной ткани.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Стекловолокно представляет собой неорганический волокнистый материал. В качестве функционального материала основания печатной платы для электронной промышленности стекловолокно электронной чистоты в основном применяют в таких областях, как коммуникации, компьютер, сборка микросхем, бытовая электронная аппаратура, электронная аппаратура подвижных объектов и т.д. Промышленная цепочка «электронное стекловолокно, электронная ткань, фольгированная медью плата и печатная плата (PCB)» представляет собой ключевой вариант применения стекловолокна электронной чистоты. Для соответствия диэлектрическим свойствам PCB, необходимо, чтобы стекловолокно электронной чистоты имело хорошие диэлектрические свойства.

В настоящее время стекловолокно электронной чистоты для PCB как в Китае, так и за рубежом представляет собой в основном D-стекловолокно с высоким содержанием бора и традиционное E-стекловолокно. D-стекловолокно представляет собой стекловолокно с низкой диэлектрической проницаемостью, его диэлектрические свойства лучше, чем у традиционного E-стекловолокна, и оно может соответствовать требованиям обработки информации с высокой плотностью и высокой скоростью. D-Стекловолокно в основном содержит от 20 до 25% B₂O₃, от 72 до 76% SiO₂, от 0 до 5% Al₂O₃ и от 2 до 4% Na₂O+K₂O, выраженные в процентах по массе. Диэлектрическая проницаемость D-стекловолокна (1 МГц при комнатной температуре) ниже 4,5, но D-стекловолокно с трудом подается плавлению и растяжению. Например, его температура формования составляет более 1400°С, что сложно реализовать при крупномасштабном производстве в ванных печах. В то же время характеристики сверления и водонепроницаемость продуктов из D-стекловолокна являются недостаточными, что представляет собой неблагоприятный фактор для последующей обработки и применения. D-стекловолокно также имеет недостаток, связанный с высокой стоимостью сырьевых материалов.

В качестве обычного стекловолокна электронной чистоты в настоящее время основным коммерческим стекловолокном для электронной промышленности является традиционное E-стекловолокно с высоким содержанием бора. Диэлектрическая проницаемость традиционного E-стекловолокна обычно составляет от 6,7 до 7,1 при 1 МГц при комнатной температуре, что может соответствовать требованиям традиционных печатных плат, при этом традиционное E-стекловолокно имеет преимущество в виде хороших характеристик плавления и превосходной обрабатываемости. Однако на практике содержание B₂O₃ в традиционномE-стекловолокне, произведенном различными компаниями, обычно составляет 7,2% при отклонении ±0,4%, поэтому сырьевые материалы все еще являются дорогостоящими. Кроме того, наличие большого количества бора в сырьевых материалах приводит к высокой летучести шихты, что способствует ускорению высокотемпературной коррозии огнеупорных материалов, применяемых в печи. Кроме того, традиционное E-стекловолокно имеет другие недостатки, такие как плохие механические свойства и неудовлетворительная водонепроницаемость.

Кроме того, основное внимание в случае стекловолокна общего назначения для армирования уделяется механическим свойствам и коррозионной стойкости. Рассмотрим в качестве примера E-стекловолокно, не содержащее бор. Его композиция не содержит бор или в то же время даже не содержит фтор, при этом общее количество оксидов щелочных и щелочноземельных металлов будет необходимо увеличить с тем, чтобы уменьшить вязкость и трудности при плавлении стекла. Таким образом, сложность производства будет уменьшена при одновременном повышении эффективности производства. В результате сложно обеспечить соответствие электрических свойств не содержащего бора E-стекловолокна и характеристик сверления стекловолоконных плит требованиям PCB, соответственно, E-стекловолокно, не содержащее бор, не подходит для производства стекловолокна электронной чистоты.

В настоящее время многие предприятия по производству стекловолокна и научно-исследовательские институты, занимающиеся стекловолокном, сосредоточены на исследовании и разработке стекловолокна с низкой диэлектрической проницаемостью, при этом исследования и инновации в отношении E-стекловолокна электронной чистоты очень редки. В практическом плане существует много проблем с традиционным E-стекловолокном электронной чистоты. С точки зрения улучшения свойств стекла, снижения затрат, уменьшения испарения и улучшения диапазона температур для формирования волокна, все еще сохраняется значительный потенциал для улучшения традиционного E-стекловолокна электронной чистоты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения проблемы, описанной выше, настоящее изобретение нацелено на обеспечение композиции стекловолокна электронной чистоты. Такая композиция может снижать стоимость и испарение сырьевых материалов и уменьшать коррозию огнеупорных материалов. Она также может улучшать диэлектрические свойства стекла, усиливать механические свойства и водонепроницаемость, а также улучшать диапазон температур для формирования волокна. Предложенная композиция подходит для крупномасштабного производства в ванных печах.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения предложена композиция стекловолокна электронной чистоты, имеющая следующие процентные содержания по массе:

при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон отношения массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,0 до 15,0.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон отношения массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) составляет больше или равен 0,915.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон содержания R₂O составляет от 0,1 до 0,8% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон содержания MgO составляет от 0,45 до 1,9% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон содержания B₂O₃ составляет от 4,55 до 6,1% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон содержания F₂ составляет от 0,3 до 1,0% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон содержания Li₂O составляет менее 0,1% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон суммарного содержания B₂O₃+MgO составляет от 5,0 до 7,6% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон суммарного содержания SiO₂+Al₂O₃ составляет от 68,5 до 74,0% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон суммарного содержания CaO+MgO+R₂O составляет от 20,5 до 25,8% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации диапазон содержания CaO составляет от 22,2 до 24,8% в процентных содержаниях по массе.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации предложенная композиция содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3, диапазон отношения массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,0 до 15,0, диапазон отношения массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) составляет больше или равен 0,915 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации предложенная композиция содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B2O₃ составляет от 8,3 до 12,5, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации предложенная композиция содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B2O₃ составляет от 8,3 до 12,5, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3, диапазон отношения массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,0 до 15,0, диапазон отношения массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) составляет больше или равен 0,915 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Согласно одной из категорий такого варианта реализации предложенная композиция содержит один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из SO₃, SrO, CeO₂, La₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂ и ZnO, при этом суммарное массовое процентное содержание составляет менее 1%.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложено стекловолокно электронной чистоты, полученное из композиции стекловолокна электронной чистоты.

Диапазон диэлектрической проницаемости указанного стекловолокна электронной чистоты предпочтительно составляет от 6,3 до 7,0 при 1 МГц при комнатной температуре.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложена электронная ткань, содержащая стекловолокно электронной чистоты.

Такую электронную ткань предпочтительно применяют в качестве материала основания для печатных плат.

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению относится, в частности, к композиции стекловолокна электронной чистоты, имеющей высокие экономические характеристики. Предложенная композиция позволяет в основном регулировать содержание SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃ и F2, соответственно, и при этом позволяет выбрать содержание оксидов щелочных металлов и оксидов щелочноземельных металлов, соответственно, а также в комбинации, и позволяет регулировать надлежащим образом относительные содержания SiO₂/B₂O₃ и B₂O₃/(R₂O+MgO). Кроме того, предложенная композиция позволяет сохранять каждое из отношений (SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) и CaO/(CaO+MgO) в подходящем диапазоне, вследствие чего синергетические эффекты между группой ионов кремния, ионов бора и ионов алюминия и группой ионов щелочных металлов и ионов щелочноземельных металлов будут усиливаться. Посредством регулирования содержания и соотношений перечисленных выше компонентов композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению может снижать стоимость и испарение сырьевых материалов. Она также может улучшать диэлектрические свойства стекла, усиливать механические свойства и водонепроницаемость, а также улучшать диапазон температур для формирования волокна для повышения эффективности производства. Предложенная композиция подходит для крупномасштабного производства в ванных печах.

Конкретно, композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Действие и содержание каждого компонента в предложенной композиции стекловолокна электронной чистоты описаны следующим образом:

В качестве оксида-структурообразователя стекла SiO₂ представляет собой основной оксид, формирующий структуру стекла, и почти не может перемещаться под действием электрического поля. В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон содержания SiO₂ составляет от 51,0 до 57,5% по массе. Диапазон массовых процентов SiO₂ предпочтительно может составлять от 52,0 до 57,5%, более предпочтительно от 52,0 до 57,0% и еще более предпочтительно от 53,0 до 56,5%. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения диапазон массовых процентов SiO₂ может составлять от 54,2 до 57,5%, и диапазон массовых процентов F2 может составлять от 0,3 до 1,0%.

B₂O₃ представляет собой оксид, формирующий структуру стекла. Он может улучшать многие свойства стекла, а также обладает хорошим эффектом флюсирования. В то же время в других условиях бор может присутствовать в форме треугольников [BO₃] и/или тетраэдров [BO₄]. При высоких температурах плавления трудно получить тетраэдры [BO₄], и образуются треугольники [BO₃], что является основной причиной, почему B₂O₃ может уменьшать вязкость стекла при высоких температурах; при низких температурах ионы B3+ проявляют склонность к захвату свободного кислорода с образованием борсодержащих кислородных тетраэдров, влияющих на заполнение структуры. При этом объем тетраэдра [BO₄] меньше, чем объем тетраэдра [SiO₄], что обычно делает структуру стекла более компактной и, таким образом, способствует уменьшению проводимости и диэлектрической проницаемости стекла.

Однако цена борсодержащих сырьевых материалов очень высока. Более того, бор является летучим веществом, и присутствие большого количества борсодержащих сырьевых материалов приводит к высокой летучести шихты. Это ускорит высокотемпературную коррозию огнеупорных материалов печи. Кроме того, механические свойства, кислотоустойчивость и водонепроницаемость электронного стекловолокна с высоким содержанием бора являются неудовлетворительными.

В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон массовых процентов B₂O₃ может составлять более 4,5% и быть меньше или равным 6,4%. Диапазон массовых процентов B₂O₃ предпочтительно может составлять от 4,55 до 6,4%, более предпочтительно от 4,55 до 6,1% и даже более предпочтительно от 4,7 до 6,1%. Кроме того, согласно другому варианту реализации настоящего изобретения диапазон массовых процентов SiO2 составляет от 52,0 до 55,9%, и диапазон массовых процентов B₂O₃ составляет от 5,1 до 6,4%.

Al₂O₃ представляет собой промежуточный оксид стекла, а также основной оксид, формирующий структуру стекла. В комбинации с SiO₂ он может оказывать существенное влияние на механические свойства стекла и на рекристаллизацию стекла и водонепроницаемость. В E-стекле с высоким содержанием бора вследствие более сильной склонности B3+ к объединению с ионами кислорода тетраэдрическая координация Al3+ нарушается под влиянием большого количества ионов B3+ с высокой напряженностью поля. Соответственно, способность ионов Al3+ захватывать свободный кислород с образованием тетраэдров оксида алюминия ослабевает, и ионы Al3+ в стекле обычно находятся в форме октаэдров. При уменьшении подходящим образом содержания B₂O₃ склонность Al3+ к захвату свободного кислорода и образованию тетраэдров оксида алюминия может повышаться, эффект заполнения структуры может усиливаться и количество легко поляризуемых немостиковых ионов кислорода может уменьшаться. Таким образом, диэлектрическая проницаемость стекла будет снижаться.

В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон массовых процентов Al₂O₃ может составлять от 11,0 до 17,0%, предпочтительно от 11,5 до 16,5% и более предпочтительно от 12,0 до 16,0%.

При обеспечении электрических свойств стекла для повышения экономических характеристик продуктов, а также учета эффекта плавления и осветления стекла, содержание оксида бора можно уменьшить соответствующим образом, при этом можно регулировать количество структурообразователя и мостикового кислорода в стекле с тем, чтобы конкуренция между ионами бора и ионами кремния при захвате кислорода находилась под контролем, диэлектрическая проницаемость стекла снижалась, а механические свойства стекла усиливались. В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ может составлять от 8,1 до 12,7. Отношение массовых процентов C1 предпочтительно может составлять от 8,3 до 12,7, более предпочтительно от 8,3 до 12,5 и даже более предпочтительно может составлять от 8,5 до 12,5.

Оксиды щелочных металлов представляют собой модификаторы структуры стекла, при этом такие оксиды щелочных металлов, как Na₂O, K₂O и Li₂O, могут уменьшать вязкость стекла и улучшать характеристики плавления стекла. Они также могут эффективно обеспечивать свободный кислород, создавать хороший синергетический эффект в комбинации с ионами бора и алюминия и образовывать определенное количество тетраэдров с отрицательными зарядами. Такие тетраэдры будут играть роль в удержании ионов Na+ путем ограничения их движения и, таким образом, будут способствовать лучшему структурному стэкинг-эффекту. Однако оксиды щелочных металлов оказывают значительное влияние на электрические свойства стекла. С увеличением содержания оксидов щелочных металлов в стекле количество одновалентных ионов щелочных металлов, а также немостиковых ионов кислорода, которые могут легко поляризоваться, будет увеличиваться, и соответственно будут возрастать проводимость и диэлектрическая проницаемость стекла.

При изучении композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению заявители обнаружили, что влияние Na₂O на электрические свойства стекла больше, чем влияние K₂O и Li₂O, что связано с тем фактом, что Na₂O способен образовывать немостиковые ионы кислорода с высокой поляризуемостью; между тем, воздействие двух щелочных металлов является значительным, поскольку проводимость стекла, содержащего как K₂O, так и Na₂O, ниже, чем проводимость стекла, содержащего только Na₂O.

В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению массовое процентное содержание R₂O=Na₂O+K₂O+Li₂O составляет от 0,05 до 1,2%. Массовое процентное содержание R2O предпочтительно составляет от 0,05 до 0,95%, более предпочтительно от 0,1 до 0,8% и даже более предпочтительно от 0,1 до 0,65%.

Кроме того, массовое процентное содержание Na₂O+K₂O может составлять от 0,05 до 0,95%, предпочтительно от 0,1 до 0,8%. Кроме того, массовое процентное содержание Na2O может составлять от 0,05 до 0,5%, предпочтительно от 0,05 до 0,35%. Кроме того, массовое процентное содержание K₂O может составлять от 0,05 до 0,4%. Кроме того, массовое процентное содержание Li₂O может составлять менее 0,15%, предпочтительно менее 0,1%. Кроме того, согласно другому варианту реализации настоящего изобретения композиция стекловолокна электронной чистоты, предложенная в настоящем изобретении, может не содержать Li₂O. Кроме того, для улучшения электрических свойств стекла отношение массовых процентов K₂O/Na₂O может быть больше или равно 0,45, предпочтительно больше или равно 0,60.

CaO также является модификатором структуры стекла. Он влияет на регулирование вязкости стекла и улучшение химической стабильности и механической прочности стекла. CaO также может способствовать уменьшению скорости затвердевания расплавленного стекла и ускорению процесса образования волокон в стекле. В то же время, обладая близким ионным радиусом, ионы Ca2+ и Na+ с большей вероятностью создадут перекрестное заполнение промежутков в структуре стекла. Более того, при большей напряженности электрического поля, чем напряженность ионов Na+, ионы Ca2+, заполняющие вакансии в стекле, обладают большей способностью блокировать каналы миграции ионов. Поэтому ионы Ca2+ могут эффективно препятствовать миграции ионов Na+ и, таким образом, уменьшать проводимость и диэлектрическую проницаемость стекла.

В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон массовых процентов СаО может составлять от 19,5 до 24,8%. Слишком низкое содержание не позволило бы создать описанный выше превосходный эффект; при слишком высоком содержании количество немостиковых ионов кислорода в стекле будет слишком большим, что приведет к увеличению диэлектрической проницаемости, и в то же время возрастет риск кристаллизации стекла. Диапазон массовых процентов СаО предпочтительно может составлять от 20,0 до 24,4%, более предпочтительно от 20,0 до 23,9%.

MgO представляет собой промежуточный оксид стекла и может регулировать вязкость стекла и контролировать кристаллизацию стекла. Связь Mg-O является до некоторой степени ковалентной, но ее доминирующая особенность состоит в том, что она является ионной. В структуре, содержащей недостаточное количество «свободного кислорода», связи Mg-O обладают эффектом «накопления», который способствует уменьшению проводимости и диэлектрической проницаемости стекла. Между тем ионный радиус Mg2+ меньше ионного радиуса Na+ или K+, тогда как его напряженность ионного поля значительно выше, так что связь между ионами Mg2+ и ионами кислорода в стекле является относительно более прочной, что позволяет эффективно препятствовать миграции ионов щелочных металлов Na+ и K+.

В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон массовых процентов MgO может составлять от 0,1 до 1,9%. Согласно настоящему изобретению небольшое количество MgO используют в комбинации с CaO и Al₂O₃, так что ионы кальция могут обеспечивать некоторое количество свободного кислорода при заполнении промежутков в структуре и, таким образом, создавать синергетический стэкинг-эффект вместе с ионами магния и ионами алюминия. Таким образом, достигается более компактное структурное накопление, при этом во время рекристаллизации стекла получают смешанное кристаллическое состояние, состоящее из волластонита (CaSiO₃), диопсида (CaMgSi₂O₆) и полевого шпата (CaAl₂Si₂O₈). Соответственно, уменьшается риск рекристаллизации и улучшаются диэлектрические свойства стекла.

Диапазон массовых процентов MgO может предпочтительно составлять от 0,45 до 1,9%, и более предпочтительно может составлять от 0,45 до 1,6%. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения диапазон массовых процентов MgO может составлять от 0,1 до 0,9%, при этом диапазон массовых процентов CaO может составлять от 22,2 до 24,8%.

Для улучшения электрических свойств стекла, регулирования количества немостикового кислорода, ионов щелочных металлов, ионов бора и ионов магния, а также конкуренции между ними, и учета стоимости сырьевых материалов и характеристик плавления и осветления стекла, в композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) может составлять от 1,7 до 6,3. Отношение массовых процентов C2 предпочтительно может составлять от 1,8 до 6,1 и более предпочтительно от 2,0 до 6,0.

Кроме того, для регулирования количества немостикового кислорода, ионов щелочных металлов и ионов бора, а также конкуренции между ними в стекле, уменьшения диэлектрической проницаемости и проводимости и учета механических свойств и стоимости сырьевых материалов отношение массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) согласно настоящему изобретению может составлять от 8,0 до 16,0. Отношение массовых процентов C3 предпочтительно может составлять от 9,0 до 15,0, более предпочтительно от 9,5 до 15,0 и даже более предпочтительно от 9,5 до 14,5.

Кроме того, согласно настоящему изобретению массовое процентное содержание SiO₂+Al₂O₃ может составлять от 65,0 до 74,0%, предпочтительно от 67,0 до 74,0% и более предпочтительно от 68,5 до 74,0%.

Кроме того, для улучшения электрических свойств стекла и обеспечения большего диапазона температур для формирования волокна и достижения лучших характеристик кристаллизации отношение массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) согласно настоящему изобретению может быть больше или равно 0,915. Отношение массовых процентов C4 предпочтительно может быть больше или равно 0,920, более предпочтительно составлять от 0,920 до 0,996 и еще более предпочтительно от 0,925 до 0,995.

Кроме того, согласно настоящему изобретению массовое процентное содержание CaO+MgO может составлять менее 25%, предпочтительно быть меньше или равным 24,5%, более предпочтительно может составлять от 20,0 до 24,5% и даже более предпочтительно может составлять от 20,0% до 24,0%. Кроме того, согласно настоящему изобретению массовое процентное содержание CaO+MgO+R2O может быть меньше или равно 25,8%, предпочтительно может составлять от 20,5 до 25,8%, более предпочтительно от 20,5 до 25,3% и даже более предпочтительно может составлять от 21,0 до 24,8%.

Кроме того, для улучшения электрических свойств и экономических характеристик стекла отношение массовых процентов B₂O₃/MgO согласно настоящему изобретению может быть больше или равно 2,5, предпочтительно может составлять от 2,5 до 21,5 и более предпочтительно может составлять от 3,0 до 20,0.

TiO2 может не только уменьшать вязкость стекла при высоких температурах, но и обладает определенным эффектом флюсирования. Однако слишком много ионов Ti4+ могут легко вызвать поляризацию ионного смещения в локальном внутреннем электрическом поле, что приводит к увеличению диэлектрической проницаемости стекла. В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон содержания TiO₂ может составлять от 0,01 до 1,0%. Диапазон содержания TiO₂ предпочтительно может составлять от 0,05 до 0,8%, и более предпочтительно может составлять от 0,05 до 0,5%.

Fe₂O₃ способствует плавлению стекла и также может улучшать характеристики кристаллизации стекла. В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон содержания Fe₂O₃ может составлять от 0,05 до 0,8%, предпочтительно от 0,05 до 0,6%. Fe₂O₃ содержит ионы как Fe2+, так и Fe3+, при этом оба указанных иона обладают определенным окрашивающим действием. Поскольку ионы Fe3+ поглощают свет в ультрафиолетовой области, а ионы Fe2+ поглощают свет в инфракрасной области, поддержание подходящей доли ионов двухвалентного железа в стекле будет целесообразно как с точки зрения теплопоглощения жидкого стекла при его нагревании, так и в точки зрения теплоотдачи жидкого стекла при охлаждении; оно также может усиливать конвекцию жидкого стекла, улучшать скорости охлаждения и затвердевания потока стекла при вытягивании, уменьшать разрыв волокна и увеличивать прочность стекловолокна.

Более того, склонность к поляризации ионного смещения Fe2+ слабее, чем у ионов Fe3+. Кроме того, отношение массовых процентов FeO/Fe₂O₃ согласно настоящему изобретению может быть больше или равно 0,40. Отношение массовых процентов FeO/Fe₂O₃ предпочтительно может быть больше или равно 0,50, более предпочтительно от 0,50 до 0,85 и даже более предпочтительно от 0,55 до 0,80.

F₂ способствует плавлению и осветлению стекла и в комбинации с ионами железа может образовывать летучий FeF₃ или бесцветный Na₃FeF₆, что уменьшает окрашиваемость стекла. Подходящее количество введенного фтора способствует улучшению диэлектрической проницаемости стекла. Однако фтор является летучим и должен быть удален из отходящего газа. В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению диапазон массовых процентов F₂ может составлять от 0,01 до 1,0%, предпочтительно от 0,05 до 1,0% и более предпочтительно от 0,05 до 0,8%. Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения диапазон массовых процентов F₂ может составлять от 0,3 до 1,0%.

Между тем согласно настоящему изобретению, суммарное массовое процентное содержание SiO₂, Al₂O₃, B2O3, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, Li₂O, TiO₂, Fe₂O₃ и F₂ может быть больше или равно 99%. Суммарное массовое процентное содержание SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, Li₂O, TiO₂, Fe₂O₃ и F₂ предпочтительно может быть больше или равно 99,5% и более предпочтительно может быть больше или равно 99,8%. В дополнение к перечисленным выше основным компонентам композиция согласно настоящему изобретению может также содержать небольшое количество других компонентов.

Кроме того, композиция согласно настоящему изобретению содержит один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из SO₃, SrO, CeO₂, La₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂ и ZnO, при этом общее количество SO₃, SrO, CeO₂, La₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂ и ZnO составляет менее 1% по массе. Кроме того, общее количество SO₃, SrO, CeO₂, La₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂ и ZnO составляет менее 0,5% по массе. Кроме того, указанная композиция содержит менее 0,5% по массе SO₃. Кроме того, согласно другому варианту реализации настоящего изобретения с целью регулирования производственных затрат и улучшения защиты окружающей среды композиция по существу не содержит P₂O₅. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения с целью регулирования производственных затрат и плотности стекла предложенная композиция по существу не содержит SrO.

Кроме того, выражение «по существу не содержит» в отношении определенного компонента в описании настоящего изобретения означает, что указанный компонент присутствует в композиции только в следовых количествах, например, в виде следов примесей, непреднамеренно введенных вместе с сырьевым материалом стекла. Массовое процентное содержание такого компонента в композиции составляет от 0 до 0,03% и в большинстве случаев от 0 до 0,01%.

Кроме того, диэлектрическая проницаемость стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению составляет от 6,0 до 7,0 при 1 МГц и комнатной температуре. Диэлектрическая проницаемость предпочтительно составляет от 6,3 до 7,0, и более предпочтительно диэлектрическая проницаемость составляет от 6,3 до 6,8.

В композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению положительные эффекты, полученные за счет перечисленных выше выбранных диапазонов содержаний компонентов, будут объяснены с помощью примеров на основе конкретных экспериментальных данных.

Ниже приведены примеры предпочтительных диапазонов содержания компонентов, содержащихся в композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению.

Предпочтительный пример 1

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,3 до 12,5, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 2

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 3

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3, отношение массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,5 до 15,0 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 4

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 5

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,5 до 12,5, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 6

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,3 до 12,5, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3, отношение массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,5 до 15,0, отношение массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) составляет больше или равно 0,915 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 7

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,3 до 12,5, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,8 до 6,1, отношение массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,5 до 15,0 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 8

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,3 до 12,5, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,8 до 6,1, отношение массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,5 до 15,0, отношение массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) составляет больше или равно 0,915 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

Предпочтительный пример 9

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе:

при этом отношение массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,3 до 12,5, отношение массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,8 до 6,1, отношение массовых процентов C3=(SiO₂+Al₂O₃)/(B₂O₃+MgO) составляет от 9,5 до 15,0, отношение массовых процентов C4=CaO/(CaO+MgO) составляет больше или равно 0,920 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для лучшего разъяснения целей, технических решений и преимуществ примеров настоящего изобретения технические решения в примерах настоящего изобретения четко и полностью описаны ниже. Очевидно, что примеры, описанные в настоящем документе, являются просто частью примеров настоящего изобретения и не представляют собой все примеры. Все другие иллюстративные варианты реализации, полученные специалистом в данной области техники без выполнения творческой работы на основе описанных в настоящем изобретении примеров, попадут в объем притязаний настоящего изобретения. Что необходимо уяснить, так это то, что при условии отсутствия противоречия примеры и особенности примеров, описанные в настоящей заявке, могут быть произвольно объединены друг с другом.

Согласно настоящему изобретению компоненты композиции стекловолокна электронной чистоты, выраженные в виде процентных содержаний по массе, составляют: 51,0-57,5% SiO₂, 11,0-17,0% Al₂O₃, более 4,5% и менее или равно 6,4% B₂O₃, 19,5-24,8% CaO, 0,1-1,9% MgO, 0,05-1,2% R₂O=Na₂O+K₂O+Li₂O, 0,05-0,8% Fe₂O₃, 0,01-1,0% TiO₂ и 0,01-1,0% F₂; при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 1,7 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%. Предложенная композиция имеет преимущество, состоящее в высоких экономических характеристиках. Указанная композиция может снижать стоимость и испарение сырьевых материалов, улучшать диэлектрические свойства стекла, усиливать механические свойства и водонепроницаемость, а также улучшать диапазон температур для формирования волокна. Предложенная композиция подходит для крупномасштабного производства в ванных печах.

Для применения в примерах были выбраны конкретные значения содержания SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, Li₂O, TiO₂, Fe₂O₃ и F₂ в композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению, которые сравнивали со свойствами пяти сравнительных примеров (пронумерованных B1-B5) в отношении следующих восьми параметров свойств, при этом B1 представлял собой композицию традиционного E-стекловолокна для применения в электронной промышленности, B2 представлял собой композицию традиционного D-стекловолокна и B3-B5 представляли собой композиции Е-стекловолокна общего назначения для армирования.

(1) Температура формования, температура, при которой вязкость расплавленного стекла составляет 10³ пуаз.

(2) Температура ликвидуса, температура, при которой начинают формироваться зародыши кристаллов при охлаждении расплавленного стекла, то есть верхний предел температуры кристаллизации стекла.

(3) Значение ΔT, которое представляет собой разницу между температурой формования и температурой ликвидуса и указывает диапазон температур, в котором можно осуществлять вытягивание волокна.

(4) Прочность на растяжение, максимальное растягивающее напряжение, которое может выдержать стекловолокно, которое можно измерить на пропитанном стеклянном ровинге согласно ASTM D2343.

(5) Диэлектрическая проницаемость, которую определяли согласно следующей процедуре: Хорошо перемешивали сырьевые материалы для производства стекла и затем переносили их в платиновый тигель. Выдерживали тигель в высокотемпературной электропечи и при 1550±30 ℃ в течение 6 часов с получением хорошо осветленного и гомогенизированного жидкого стекла. Выливали жидкое стекло в предварительно нагретую форму из нержавеющей стали для изготовления стеклянных блоков, помещали указанные стеклянные блоки в муфельную печь для отжига, и затем разрезали, шлифовали и полировали отожженные стеклянные блоки с получением прямоугольных кусочков стекла с толщиной примерно 1,5 мм и длиной и шириной примерно 30 мм каждый. Покрывали кусочки стекла серебром для формирования электродов и затем исследовали указанные кусочки для определения значений диэлектрической проницаемости. Меньшая диэлектрическая проницаемость означала более слабую поляризацию стеклянного материала и лучшую изоляцию стекла и наоборот.

(6) Количество пузырьков, которое определяли согласно следующей процедуре: В каждом примере использовали специальные формы для прессования материалов стеклянной шихты с получением образцов одинакового размера, которые затем помещали на платформу для образцов высокотемпературного микроскопа. Образцы нагревали согласно стандартным процедурам до заданной температуры окружающего пространства 1500°C, и затем указанные образцы стекла непосредственно охлаждали с помощью охлаждающего пода микроскопа до температуры окружающей среды без сохранения тепла. В заключение каждый из образцов стекла исследуют под поляризационным микроскопом для определения количества пузырьков в образцах. При этом количество пузырьков устанавливали в соответствии с конкретным увеличением микроскопа.

(7) Водонепроницаемость, выражаемая в единицах скорости потери массы. Процедура испытания была следующей: Стеклянный порошок с размером частиц от 40 до 80 меш помещали в воду при 95°C в течение 24 часов, перемешивали смесь через равные промежутки времени и измеряли и определяли скорость потери массы стеклянного порошка. Меньшая скорость потери массы означала лучшую водонепроницаемость стекла и наоборот.

(8) Коэффициент затрат на сырьевые материалы. Устанавливали стоимость композиции традиционного E-стекловолокна B1 в качестве эталона, ее коэффициент затрат составлял 1,0. Стоимость остальных композиций рассчитывали в сравнении с указанным эталоном. Меньший коэффициент затрат сырьевых материалов означал меньшую стоимость композиции и наоборот

Перечисленные выше восемь параметров и способы их измерения хорошо известны специалистам в данной области техники. Соответственно, указанные параметры можно эффективно использовать для объяснения технических особенностей и преимуществ композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению.

Конкретные процедуры для проведения экспериментов были следующими: Каждый компонент можно получить из соответствующих сырьевых материалов. Сырьевые материалы смешивали в соответствующих пропорциях таким образом, чтобы каждый компонент имел конечное требуемое массовое процентное содержание. Смешанную шихту расплавляли и осветляли расплавленное стекло. Затем расплавленное стекло вытягивали через насадки фильеров, формируя, тем самым, стекловолокно. Стекловолокно вытягивали на вращательных втулках намоточного устройства с получением мотков или тюков. Для дальнейшей обработки таких стекловолокон с целью обеспечения соответствия ожидаемым требованиям можно, безусловно, применять традиционные способы.

Далее было проведено сравнение параметров свойств примеров композиции стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению с параметрами сравнительных примеров, результаты которого приведены ниже в таблицах, в которых содержания компонентов композиций для производства стекловолокна выражены в виде массового процентного содержания. Что необходимо прояснить, так это то, что общее количество компонентов в примере немного меньше 100%, при этом следует понимать, что оставшееся количество представляет собой следы примесей или небольшое количество компонентов, которые не могут быть проанализированы.

Таблица 1A

Таблица 1B

Таблица 1C

Таблица 1D

Таблица 1E

Из значений в приведенных выше таблицах можно видеть, что по сравнению с композициями стекловолокна Е общего назначения для армирования композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества: (1) более низкую диэлектрическую проницаемость; (2) более низкую температуру формования и более низкую температуру ликвидуса; и (3) более широкий диапазон температур для формирования волокна.

По сравнению с композицией традиционного E-стекловолокна композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества: (1) более низкую стоимость сырьевых материалов; (2) более высокую прочность на разрыв и лучшую водонепроницаемость; (3) более широкий диапазон температур для формирования волокна; и (4) улучшенные уровни диэлектрической проницаемости.

По сравнению с композицией традиционного D-стекловолокна композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению имеет следующие преимущества: (1) гораздо более низкую стоимость сырьевых материалов; (2) гораздо более высокую прочность на разрыв; (3) намного лучшую водонепроницаемость; и (4) меньшее количество пузырьков.

Таким образом, из изложенного выше можно видеть, что по сравнению с композициями из E-стекловолокна общего назначения для армирования, традиционного E-стекловолокна и традиционного D-стекловолокна композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению совершила прорыв в отношении экономических характеристик продуктов, стоимости сырьевых материалов, диэлектрической проницаемости, прочности на разрыв, температуры ликвидуса, диапазона температур для формирования волокна и водонепроницаемости. Обладая такими неожиданными техническими эффектами, предложенная композиция позволяет легко осуществлять крупномасштабное производство в ванных печах.

Композицию стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению можно применять для изготовления стекловолокна для применения в электронной промышленности, обладающего перечисленными выше свойствами. Затем такое стекловолокно можно применять для изготовления электронных тканей.

Композицию стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению в комбинации с одним или более органическими и/или неорганическими материалами можно применять для получения композиционных материалов, обладающих превосходными характеристиками, таких как армированные стекловолокном материалы основания печатной платы.

Следует отметить, что в настоящем тексте термины «включать/включающий», «содержать/содержащий» или любые другие их варианты являются неисключающими, так что любой процесс, способ, объект или устройство, содержащие ряд элементов, содержат не только такие факторы, но также и другие факторы, не перечисленные явным образом, или дополнительно содержат факторы, свойственные такому процессу, способу, объекту или устройству. Без дополнительных ограничений, фактор, определяемый утверждением «включать/включающий…», «содержать/содержащий…» или любыми другими их вариантами, не исключает другие идентичные факторы в процессе, способе, объекте или устройстве, в том числе указанные факторы.

Перечисленные выше варианты реализации приведены только для описания, а не ограничения технических решений, предложенных в настоящем изобретении. Хотя были показаны и описаны конкретные варианты реализации изобретения, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в технические решения, реализованные с помощью всех описанных выше вариантов реализации, могут быть внесены модификации, или что в некоторые из технических особенностей, реализованных с помощью всех описанных выше вариантов реализации, могут быть внесены эквивалентные замены без отступления от сущности и объема технических решений настоящего изобретения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению может снижать стоимость и испарение сырьевых материалов и уменьшать коррозию огнеупорных материалов. Она также может улучшать диэлектрические свойства стекла, усиливать механические свойства и водонепроницаемость стекловолокна и улучшать диапазон температур для формирования волокна. Таким образом, предложенная композиция подходит для крупномасштабного производства в ванных печах.

По сравнению с обычными композициями стекловолокна композиция стекловолокна электронной чистоты согласно настоящему изобретению совершила прорыв в отношении экономических характеристик продуктов, стоимости сырьевых материалов, диэлектрической проницаемости, прочности на разрыв, температуры ликвидуса, диапазона температур для формирования волокна и водонепроницаемости.

Соответственно, настоящее изобретение имеет хорошую промышленную применимость.

Реферат

Изобретение относится к композиции стекловолокна для оснований печатных плат для электронной промышленности, а также стекловолокну и изготовленной из него электронной ткани. Предложенная композиция содержит следующие компоненты, выраженные в виде процентных содержаний по массе: 51,0-57,5% SiO₂, 11,0-17,0% Al₂O₃, более 4,5% и менее или равно 6,4% B₂O₃, 19,5-24,8% CaO, 0,1-1,0% MgO, 0,05-1,2% R₂O=Na₂O+K₂O+Li₂O, 0,05-0,8% Fe₂O₃, 0,01-1,0% TiO₂ и 0,01-1,0% F₂; при этом диапазон отношения массовых процентов C1=SiO₂/B₂O₃ составляет от 8,1 до 12,7, диапазон отношения массовых процентов C2=B₂O₃/(R₂O+MgO) составляет от 2,05 до 6,3 и общее массовое процентное содержание перечисленных выше компонентов составляет больше или равно 99%. Предложенная композиция может снижать стоимость и испарение сырьевых материалов. Она также может улучшать диэлектрические свойства стекла, усиливать механические свойства и водонепроницаемость стекловолокна и улучшать диапазон температур для формирования волокна. Предложенная композиция подходит для крупномасштабного производства в ванных печах. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 табл., 9 пр.

Формула